OTN集群交叉技術(shù)現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用部署研究

劉建新，趙滿良，黃為民，陳曉嬌（中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 概述

隨著5G 的部署應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)逐漸由5G、視頻、物聯(lián)網(wǎng)、云業(yè)務(wù)等占主導(dǎo)，業(yè)務(wù)量也呈井噴式增長(zhǎng)。同時(shí)，為了滿足多層次不同類(lèi)型業(yè)務(wù)需求，OTN 網(wǎng)絡(luò)逐漸向Mesh化演進(jìn)，導(dǎo)致了核心節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)維度增多以及調(diào)度需求增大，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、管理和維護(hù)難度越來(lái)越高。如何高效疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)流量，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活調(diào)度、容量按需發(fā)展成為亟待解決的問(wèn)題。

OTN 集群交叉技術(shù)通過(guò)將節(jié)點(diǎn)內(nèi)多個(gè)獨(dú)立的OTN 設(shè)備相連、形成共享資源池，實(shí)現(xiàn)子架槽位和單板資源共享、業(yè)務(wù)可跨子框調(diào)度，能夠在OTN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展變革中給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)諸多價(jià)值，因此亟待進(jìn)一步研究OTN集群交叉技術(shù)的相關(guān)特性和現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景。

本文將通過(guò)分析OTN 集群交叉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合工程建設(shè)過(guò)程中實(shí)際問(wèn)題，提出OTN 集群交叉技術(shù)典型的現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景及部署策略。為提升OTN 網(wǎng)絡(luò)效能，降低TCO提供參考。

2 OTN集群發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 OTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)展面臨挑戰(zhàn)

目前國(guó)內(nèi)主流廠家單端OTN 電交叉子架支持最大交叉容量為28.8T，對(duì)于部分業(yè)務(wù)流量大的核心節(jié)點(diǎn)，需多個(gè)電交叉子架互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)槽位和容量擴(kuò)展，才能滿足業(yè)務(wù)需求。多個(gè)電子架間的業(yè)務(wù)調(diào)度通過(guò)業(yè)務(wù)板互聯(lián)實(shí)現(xiàn)，框間業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接量多時(shí)，規(guī)劃難度大，靈活調(diào)度能力不足；隨著業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)，原有電交叉設(shè)備槽位不足，只能通過(guò)新增電交叉設(shè)備滿足業(yè)務(wù)需求；另外，隨著單機(jī)柜交叉容量的逐漸增長(zhǎng)，單機(jī)柜滿配功耗都已超5 kW，最大單機(jī)滿配功耗超10 kW，容易造成機(jī)房局部熱點(diǎn)，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 OTN集群實(shí)現(xiàn)原理及應(yīng)用價(jià)值

2.2.1 OTN集群實(shí)現(xiàn)原理

OTN 集群是OTN 設(shè)備的一種組合應(yīng)用形式，多個(gè)子架通過(guò)集群交叉板互連組成電層調(diào)度資源池，實(shí)現(xiàn)子架槽位、單板資源共享，業(yè)務(wù)跨子架調(diào)度更方便。OTN 集群對(duì)外體現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)元，便于用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)端到端一站式配置和監(jiān)控，能有效降低維護(hù)成本。

OTN 業(yè)務(wù)子架與集群交換框的交叉板之間通過(guò)子架間互連光纖連接，形成多個(gè)交叉平面，業(yè)務(wù)子架的業(yè)務(wù)可通過(guò)交叉平面調(diào)度到其他業(yè)務(wù)子架。OTN集群交叉實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 OTN集群交叉實(shí)現(xiàn)原理

2.2.2 OTN集群應(yīng)用價(jià)值

a）多子架協(xié)同調(diào)度：與傳統(tǒng)OTN 相比，OTN 集群模式通過(guò)子架間集群交叉板互連可實(shí)現(xiàn)多子架業(yè)務(wù)調(diào)度，無(wú)需新增子架間用于互連的業(yè)務(wù)單板，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。OTN 集群與傳統(tǒng)OTN 業(yè)務(wù)調(diào)度對(duì)比如圖2所示。

圖2 OTN集群與傳統(tǒng)OTN業(yè)務(wù)調(diào)度對(duì)比

b）資源共享，簡(jiǎn)化規(guī)劃：OTN 集群模式通過(guò)將多臺(tái)OTN 設(shè)備互相連接組成電層資源池，槽位完全共享，只需考慮業(yè)務(wù)板卡的帶寬即可進(jìn)行業(yè)務(wù)規(guī)劃。傳統(tǒng)OTN業(yè)務(wù)規(guī)劃如圖3所示。OTN集群業(yè)務(wù)規(guī)劃如圖4所示。

圖3 傳統(tǒng)OTN業(yè)務(wù)規(guī)劃示意

圖4 OTN集群業(yè)務(wù)規(guī)劃示意

c）容量按需擴(kuò)展：早期階段容量需求不高時(shí)，可先配置容量適當(dāng)?shù)腛TN 集群，后續(xù)只需按需增加業(yè)務(wù)子架即可滿足節(jié)點(diǎn)容量擴(kuò)展需要。OTN 集群容量擴(kuò)展如圖5所示。

圖5 OTN集群容量擴(kuò)展示意

2.3 OTN集群實(shí)現(xiàn)方式

目前國(guó)內(nèi)主流廠家OTN 集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式主要有2 種：背靠背集群和“M+N”（M表示集群交叉框數(shù)量，N表示與集群交叉框互聯(lián)的業(yè)務(wù)子框數(shù)量）集群。

2.3.1 OTN背靠背集群

2 個(gè)業(yè)務(wù)子框的所有交叉板通過(guò)高速互聯(lián)光纖背靠背互聯(lián)，組成1 個(gè)OTN 集群網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)2 個(gè)業(yè)務(wù)子框間的跨框業(yè)務(wù)調(diào)度。OTN 背靠背集群實(shí)現(xiàn)方式如圖6所示。

圖6 OTN背靠背集群實(shí)現(xiàn)方式

2.3.2 “M+N”集群

N個(gè)業(yè)務(wù)子框的所有交叉板與M個(gè)集群交叉框上的集中交叉板通過(guò)高速互聯(lián)光纖連接，組成一個(gè)OTN集群網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)任意業(yè)務(wù)子框間的跨框業(yè)務(wù)調(diào)度?！癕+N”集群實(shí)現(xiàn)方式如圖7所示。

圖7 “M+N”集群實(shí)現(xiàn)方式

國(guó)內(nèi)主流廠家OTN 集群設(shè)備交叉容量和支持框間帶寬等設(shè)備能力如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)主流廠家OTN集群設(shè)備能力

3 OTN集群應(yīng)用場(chǎng)景研究

3.1 大容量骨干核心節(jié)點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景

現(xiàn)網(wǎng)中骨干核心一般會(huì)與省干核心、本地核心等多個(gè)匯聚環(huán)互聯(lián)，往往形成超大容量的核心節(jié)點(diǎn)。目前，在骨干核心節(jié)點(diǎn)機(jī)房一般通過(guò)多個(gè)電交叉子架業(yè)務(wù)板卡互聯(lián)，擴(kuò)展交叉容量及槽位資源，以滿足業(yè)務(wù)及層間業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接需求。此方式需占用業(yè)務(wù)板卡槽位資源，其成本、功耗和易用性均較差。

可在大容量骨干核心節(jié)點(diǎn)，配置OTN 集群設(shè)備，通過(guò)業(yè)務(wù)子框的集群交叉板互聯(lián)，不占用業(yè)務(wù)槽位資源，容量可按需擴(kuò)展。大容量核心節(jié)點(diǎn)集群應(yīng)用場(chǎng)景如圖8所示。

圖8 大容量核心節(jié)點(diǎn)集群應(yīng)用場(chǎng)景

3.2 跨環(huán)核心節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)調(diào)度場(chǎng)景

目前運(yùn)營(yíng)商省內(nèi)OTN 網(wǎng)絡(luò)大部分仍采用分環(huán)路設(shè)置電子架的方式，不僅工程投資增大，而且造成OTN 資源利用率低、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跨環(huán)專(zhuān)線業(yè)務(wù)調(diào)度需要通過(guò)不同電子架間配置業(yè)務(wù)板卡互聯(lián)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)跨框∕跨環(huán)業(yè)務(wù)量大時(shí)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃復(fù)雜，維護(hù)難度大。

省內(nèi)跨環(huán)（同廠家）的核心節(jié)點(diǎn)，省干、本地可通過(guò)共用OTN 集群電子架實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活調(diào)度和交叉容量擴(kuò)展。OTN 集群初期需要配置集群交叉框，集群交叉框和業(yè)務(wù)子框通過(guò)交叉板互聯(lián)，節(jié)省業(yè)務(wù)槽位和互聯(lián)業(yè)務(wù)板卡，OTN 集群容量可實(shí)現(xiàn)按需擴(kuò)展?？绛h(huán)業(yè)務(wù)可通過(guò)集群交叉框?qū)崿F(xiàn)任意框間業(yè)務(wù)靈活調(diào)度，減少轉(zhuǎn)接和業(yè)務(wù)槽位占用，節(jié)省工程投資。省內(nèi)跨環(huán)核心節(jié)點(diǎn)集群應(yīng)用場(chǎng)景如圖9所示。

圖9 省內(nèi)跨環(huán)核心節(jié)點(diǎn)集群應(yīng)用場(chǎng)景

3.3 緩解機(jī)房局部熱點(diǎn)場(chǎng)景

隨著帶寬需求的快速增長(zhǎng)，為了滿足業(yè)務(wù)傳輸需求，OTN 傳輸設(shè)備需要更高的集成度和更大容量。但隨之而來(lái)的OTN 傳輸設(shè)備的供電和散熱壓力日益加大，這和當(dāng)前低功耗密度的傳輸機(jī)房現(xiàn)狀以及相對(duì)滯后的相關(guān)規(guī)范要求形成矛盾。尤其是OTN 電交叉設(shè)備單框滿配功耗基本都超過(guò)5 kW，問(wèn)題尤為突出，給運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)OTN 背靠背無(wú)法實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)子框間的靈活交叉調(diào)度，多個(gè)線路方向的業(yè)務(wù)單板只能插放在同一個(gè)業(yè)務(wù)子框上，會(huì)導(dǎo)致單子框功耗密度高，容易造成機(jī)房局部熱點(diǎn)。而OTN 集群可以通過(guò)把不同線路方向的業(yè)務(wù)單板分散插放在不同業(yè)務(wù)子框上，可以靈活分?jǐn)偣?，降低功耗密度，避免單機(jī)架功耗過(guò)高導(dǎo)致機(jī)房局部熱點(diǎn)，解決了OTN 設(shè)備的容量增長(zhǎng)和可部署性的矛盾。

需要指出的是，OTN 集群解決機(jī)房局部熱點(diǎn)問(wèn)題，是通過(guò)分散業(yè)務(wù)板卡來(lái)降低單機(jī)架的功耗密度，從而降低機(jī)房局部區(qū)域發(fā)熱量，緩解機(jī)房區(qū)域散熱壓力。對(duì)于高功耗設(shè)備的散熱問(wèn)題，還是需要從本質(zhì)上提升設(shè)備芯片性能、降低芯片功耗并優(yōu)化機(jī)架散熱設(shè)計(jì)。緩解機(jī)房局部熱點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景如圖10所示。

圖10 緩解機(jī)房局部熱點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景

4 OTN集群優(yōu)劣分析及現(xiàn)網(wǎng)部署策略

4.1 OTN集群技術(shù)優(yōu)劣分析

為了進(jìn)一步分析OTN 集群現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用價(jià)值，從業(yè)務(wù)調(diào)度、資源規(guī)劃、業(yè)務(wù)容量、滿配功耗、機(jī)房空間、可擴(kuò)展性、傳輸局限性等維度對(duì)傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)、背靠背OTN 集群、“M+N”集群的優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比分析，OTN集群與傳統(tǒng)OTN優(yōu)劣對(duì)比如表2所示。

表2 OTN集群與傳統(tǒng)OTN優(yōu)劣對(duì)比

4.2 OTN集群成本分析

在不考慮相同框間帶寬配置的情況下，背靠背OTN 集群成本要高于傳統(tǒng)OTN 背靠背灰光互聯(lián)。影響成本的主要因素是集群交叉板間互聯(lián)CXP2 AOC 光纖（包含CXP2光模塊和AOC 光纖）的成本。與背靠背集群和傳統(tǒng)OTN 背靠背灰光互聯(lián)相比，“M+N”集群的成本相對(duì)更高，主要是因?yàn)槌跗陬A(yù)配置“M”個(gè)集群交叉框和框間互聯(lián)CXP2 AOC光纖的成本。

OTN 集群通過(guò)集群交叉板間互聯(lián)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活調(diào)度，不占用業(yè)務(wù)子框槽位，相比傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)，隨著框間業(yè)務(wù)的增多總業(yè)務(wù)容量有明顯的提升。因此，為了更客觀地分析OTN 集群和傳統(tǒng)OTN 成本，需要不同框間帶寬場(chǎng)景下對(duì)OTN 集群與傳統(tǒng)OTN 的單個(gè)業(yè)務(wù)槽位平均成本進(jìn)行對(duì)比。本文僅以背靠背OTN 集群、“2+2”集群和傳統(tǒng)OTN 背靠背灰光互聯(lián)為例，建立OTN 設(shè)備成本測(cè)算模型，通過(guò)跨框灰光互聯(lián)占用容量、公共部分及互聯(lián)總成本、單個(gè)業(yè)務(wù)槽位平均成本等3 個(gè)參數(shù)進(jìn)行成本測(cè)算對(duì)比，OTN 集群與傳統(tǒng)灰光互聯(lián)OTN成本測(cè)算模型如表3所示。

表3 OTN集群與傳統(tǒng)灰光互聯(lián)OTN成本測(cè)算模型

OTN 集群與傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)成本對(duì)比如圖11所示。

圖11 OTN集群與傳統(tǒng)OTN灰光互聯(lián)成本對(duì)比

通過(guò)OTN 設(shè)備成本測(cè)算模型，對(duì)比背靠背OTN 集群、“2+2”集群和傳統(tǒng)OTN灰光互聯(lián)3種設(shè)備類(lèi)型可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)框間業(yè)務(wù)帶寬大于700G 時(shí)，背靠背OTN 集群在成本和容量方面都比傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)更具優(yōu)勢(shì)。當(dāng)框間業(yè)務(wù)帶寬大于1.2T 時(shí)，“2+2”集群在成本和容量上優(yōu)于傳統(tǒng)OTN 灰光互聯(lián)，但是劣于背靠背OTN 集群。但是“2+2”集群在容量靈活擴(kuò)展方面優(yōu)于背靠背集群，而且隨著后期業(yè)務(wù)子框的增加，“2+N”集群的成本會(huì)進(jìn)一步降低。OTN 集群適合在大容量核心節(jié)點(diǎn)或者跨環(huán)業(yè)務(wù)量大的核心∕匯聚節(jié)點(diǎn)部署應(yīng)用。

4.3 OTN集群現(xiàn)網(wǎng)部署策略

通過(guò)以上分析，綜合考慮業(yè)務(wù)發(fā)展、設(shè)備交叉容量、可擴(kuò)展性和設(shè)備成本等因素，在大容量核心節(jié)點(diǎn)、跨環(huán)業(yè)務(wù)調(diào)度等場(chǎng)景部署OTN 集群，組成容量按需擴(kuò)展電層調(diào)度資源池，實(shí)現(xiàn)單板和槽位資源共享和業(yè)務(wù)跨子框靈活調(diào)度，能夠高效疏導(dǎo)節(jié)點(diǎn)流量、提升節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)價(jià)值，降低TCO。OTN 集群的應(yīng)用也為解決機(jī)房局部熱點(diǎn)問(wèn)題提供了新的思路。

a）對(duì)于業(yè)務(wù)需求大且增長(zhǎng)迅速，單端OTN 設(shè)備容量難以滿足的國(guó)際∕骨干核心節(jié)點(diǎn)，考慮到后期容量擴(kuò)展性，可按預(yù)配置背靠背集群或“M+N”集群，業(yè)務(wù)子架按需配置。

b）省內(nèi)同廠家跨多環(huán)且業(yè)務(wù)需求大的核心節(jié)點(diǎn)，各省根據(jù)自身業(yè)務(wù)發(fā)展情況，考慮預(yù)配置背靠背集群或“M+N”集群，業(yè)務(wù)子架按需配置，同廠家所有環(huán)路共享OTN集群電子架。

c）現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)分環(huán)單獨(dú)配置多端OTN 電子架，而且業(yè)務(wù)量大的核心節(jié)點(diǎn)，具備改造配置OTN 集群條件的，建議對(duì)電子架進(jìn)行優(yōu)化整合為背靠背集群或“M+N”集群，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升網(wǎng)絡(luò)效益。

d）對(duì)現(xiàn)網(wǎng)制冷條件受限，容易出現(xiàn)局部熱點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，可通過(guò)部署背靠背集群或“M+N”集群的方式靈活分?jǐn)偣?，降低功耗密度，從而避免單機(jī)架功耗過(guò)高導(dǎo)致機(jī)房局部熱點(diǎn)。

5 總結(jié)

大業(yè)務(wù)流量與OTN 網(wǎng)絡(luò)逐步Mesh 化，驅(qū)動(dòng)OTN節(jié)點(diǎn)從單子架向多子架發(fā)展演進(jìn)。OTN 集群通過(guò)對(duì)OTN 設(shè)備組合互聯(lián)，邏輯上形成了數(shù)倍于單機(jī)的大容量調(diào)度資源池，滿足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸設(shè)備的超大帶寬、靈活調(diào)度的要求。OTN 集群在大容量核心節(jié)點(diǎn)、跨環(huán)業(yè)務(wù)調(diào)度、緩解機(jī)房局部熱點(diǎn)等場(chǎng)景必然會(huì)有越來(lái)越多的應(yīng)用。仍需進(jìn)一步降低OTN 集群的部署成本和集群設(shè)備功耗，提升集群設(shè)備可靠性，這將是影響OTN集群大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵因素。